CN107644919A - 水上太阳能电池模块用背板及其制造方法、以及包括其的水上太阳能电池模块 - Google Patents

水上太阳能电池模块用背板及其制造方法、以及包括其的水上太阳能电池模块 Download PDF

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钱承焕
都相吉
金桢悳
李圭完
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Abstract

本发明涉及水上太阳能电池模块用背板及其制造方法、以及包括其的水上太阳能电池模块，其中水上太阳能电池模块用背板包括依次层叠的氟系膜、第一聚酯膜、第二聚酯膜、以及聚乙烯系膜。此时，上述第一聚酯膜至少在一面上具有阻挡层。

Description

水上太阳能电池模块用背板及其制造方法、以及包括其的水 上太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及水上太阳能电池模块用背板及其制造方法、以及包括其的水上太阳能电池模块。
背景技术
作为下一代亲环境能源，对利用光电效果使光能转换为电能的作为半导体元件的太阳能电池的研究及商业化正在活跃地进行。对此，已开发了很多与光伏的设置方法或运营效率改善有关的新的应用技术，其中一个就是水上光伏(Floating Photovoltaic)发电。
水上光伏发电是将现有的陆上光伏发电技术和水上浮动(floating)技术融合的技术，是能够将现有的陆上光伏延伸至水上的技术。对此，要求能够应用于水上光伏发电的太阳能电池模块具有较高的水分阻挡特性，即约1g/m2day以下的透湿度。
然而，由于现有的太阳能电池模块用背板完全不考虑在水上使用，所以具有相对较低的水分阻挡特性。因此，应用了现有的背板的太阳能电池模块在水上使用时，可能会由于水分的影响而具有较低的驱动效率，模块输出不稳定。因此，要求开发一种具有与现有的陆上用背板至少相等程度的物性而且水分阻挡特性得到进一步提高的新背板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：韩国公开专利第10-2012-0121363号
发明内容
本发明的目的在于提供不仅具有优异的耐候性、耐久性以及耐电压性，而且水分阻挡特性以及气体阻挡特性优异的水上太阳能电池模块用背板及其制造方法。
本发明的另一目的在于提供能够用于水上光伏发电的水上太阳能电池模块。
为了实现本发明的一目的，根据示例性的实施方式的水上太阳能电池模块用背板包括依次层叠的氟系膜、第一聚酯膜、第二聚酯膜、以及聚乙烯系膜。上述第一聚酯膜至少在一面上具有阻挡层。
在示例性的实施方式中，上述阻挡层可以包括具有水分阻挡性及气体阻挡性的一种以上无机物。
在示例性的实施方式中，上述无机物可以是硅(Si)、铝(Al)、镁(Mg)、锌(Zn)、锡(Sn)、镍(Ni)、钛(Ti)或钽(Ta)，或者这些的氧化物、碳化物、氧氮化物或氮化物。
在示例性的实施方式中，上述阻挡层可以具有5nm～500nm的厚度。
在示例性的实施方式中，上述阻挡层可以是在上述第一聚酯膜的至少一面上沉积的沉积层。
在示例性的实施方式中，上述第一聚酯膜可以是经电晕处理的膜。
在示例性的实施方式中，上述第一聚酯膜具有大于7μm且小于100μm的厚度。
在示例性的实施方式中，上述聚乙烯系膜可以包括一种以上白色无机物。上述白色无机物是二氧化钛(TiO2)、氧化钙(CaO)或者氧化镁(MgO)。
在示例性的实施方式中，上述水上太阳能电池模块用背板可以具有1g/m2day以下的透湿度。
用于实现本发明的另一目的的根据示例性的实施方式的水上太阳能电池模块包括根据本发明的示例性的实施方式的背板。
在示例性的实施方式中，上述水上太阳能电池模块还可以包括内置有太阳能电池单元的密封层。上述密封层可以与上述背板的聚乙烯系膜粘接。
本发明的水上太阳能电池模块用背板不仅具有优异的耐候性、耐久性以及耐电压性，而且还具有较高的水分阻挡特性以及气体阻挡特性。尤其，具有1g/m2day以下的透湿度，由此能够实现在水上太阳能电池模块中的应用，由此能够有效确保相应模块的稳定性。
附图说明
图1～3是示出根据本发明的示例性的实施方式的水上太阳能电池模块用背板的剖视图。
图4是示出根据本发明的示例性的实施方式的水上太阳能电池模块的剖视图。
附图标记说明
10：氟系膜
20：第一聚酯膜
25：阻挡层
30：第二聚酯膜
40：聚乙烯系膜
100：水上太阳能电池模块用背板
200：太阳能电池单元
300：密封层
310、320：上部及下部密封层
400：透明部件
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。
在本文中公开的本发明的实施方式仅仅是以进行说明为目的而例示的，本发明的实施方式可以以多种形态实施，不应解释为仅限于本文中说明的实施方式。
本发明能够施加多种变更并具有多种方式，应理解实施方式并非旨于将本发明限定为特定的公开形态，本发明包括本发明的构思以及技术范围所包括的所有变更、等同物及代替物。
本说明书中的电晕处理是指以增加膜与膜之间的附着性为目的去除表面的油或灰尘等异物，并在相应膜的表面实现表面凹凸和/或较高极性的处理。
本说明书中的局部放电是指由背板表面中的高场强引起的局部性的表面放电或者在存在于背板内部的缝隙或气泡产生的内部放电等局部性的放电。另外，本说明书中的局部放电电压是指由于前面所述的局部放电，由电压应力引起的背板的劣化进行时所测定的电压值。一般的背板的局部放电电压的允许基准是约1000VDC左右。
水上太阳能电池模块用背板
图1～3是示出根据本发明的示例性的实施方式的水上太阳能电池模块用背板的剖视图。
参照图1，本发明的水上太阳能电池模块用背板100包括依次层叠的氟系膜10、第一聚酯膜20、第二聚酯膜30以及聚乙烯系膜40。水上太阳能电池模块用背板100可以具有例如约1g/m2day以下的透湿度。
氟系膜10作为位于水上太阳能电池模块用背板100的最外侧的膜层，会直接露出在水分、空气等外部环境。对于氟系膜10，若为耐候性以及耐久性优异的氟系膜，则物特别限制，例如可以是聚氟乙烯(PVF)膜、聚偏氟乙烯(PVDF)膜、乙烯-四氟乙烯(ETFE)膜、聚氯三氟乙烯(PCTFE)膜、聚四氟乙烯(PTFE)膜、全氟烷氧基(PFA)膜等。
第一聚酯膜20层叠于氟系膜10下部，并可以在至少一面上具有阻挡层25。由此，在示例性的实施方式中，如图1所示，阻挡层25可以位于氟系膜10与第一聚酯膜20之间。或者可以与此不同地，如图2所示位于第一聚酯膜20与后述的第二聚酯膜30之间，或者如图3所述位于氟系膜10与第一聚酯膜20之间并位于第一聚酯膜20与第二聚酯膜30之间。
阻挡层25可以包括具有水分阻挡性及气体阻挡性的一种以上无机物。上述无机物可以是例如硅(Si)、铝(Al)、镁(Mg)、锌(Zn)、锡(Sn)、镍(Ni)、钛(Ti)或钽(Ta)，或者这些的氧化物、碳化物、氧氮化物或氮化物。
在示例性的实施方式中，阻挡层25可以是在第一聚酯膜20的至少一面上沉积的沉积层，由此能够具有均匀的厚度以及组成，并能够具有平整的表面。
阻挡层25可以具有例如约5nm至约500nm的厚度。在阻挡层25具有小于约5nm的厚度的情况下，难以确保阻挡层25的连续性，因此难以实现对于水上太阳能电池模块用背板100足够程度的水分阻挡特性(约1g/m2day以下的透湿度)。另外，在阻挡层25具有大于约500nm的厚度的情况下，水上太阳能电池模块用背板100的内部应力会增加，或者阻挡层25的柔软性会降低。其结果，在水上太阳能电池模块用背板100中会在至少一部分上发生裂纹，进而难以期待基于总厚度增加的水分阻挡特性的提高。在一实施方式中，阻挡层25可以具有约10nm至约200nm的厚度。
在示例性的实施方式中，第一聚酯膜20可以是经电晕处理的膜。由此，第一聚酯膜20能够具有高的粘接力，在无底漆层的情况下也不会从氟系膜10和/或第二聚酯膜30至少部分分离或者剥离。
另外，第一聚酯膜20可以具有例如大于约7μm且小于约100μm的厚度。在第一聚酯膜20具有约7μm以下的厚度的情况下，第一聚酯膜20的厚度过薄，从而难以进行电晕处理。另外，在第一聚酯膜20具有大于约100μm的厚度的情况下，聚酯膜20的厚度过厚，从而难以进行充分的拉伸，并且与增加的厚度成比例地制造成本上升，因此可能难以确保水上太阳能电池模块用背板100的价格竞争力。
第二聚酯膜30层叠于第一聚酯膜20下部。在示例性的实施方式中，第二聚酯膜30可以具有比第一聚酯膜20厚的厚度。
对于第一聚酯膜20以及第二聚酯膜30，若为耐热性以及机械强度优异的聚酯膜，则没有特别限制，例如可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)膜、聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)膜等。在示例性的实施方式中，第一聚酯膜20与第二聚酯膜30可以是实质上相同种类的聚酯膜。
聚乙烯系膜40作为层叠于第二聚酯膜30下部而位于水上太阳能电池模块用背板100的最内侧的膜层，能够与水上太阳能电池模块的密封层直接接触。聚乙烯系膜40可以是例如聚乙烯(PE)膜、乙烯-丙烯共聚物膜、乙烯-丁烯共聚物膜等。
在示例性的实施方式中，聚乙烯系膜40可以包括白色无机物。上述白色无机物能够对聚乙烯系膜40提供反射性能，能够提高抗拉强度、尺寸稳定性等水上太阳能电池模块用背板100的机械特性。上述白色无机物可以是例如二氧化钛(TiO2)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、或者这些的组合。
如上所述，本发明的水上太阳能电池模块用背板可以包括在至少一面上具有阻挡层的第一聚酯膜而以4层结构构成。由此，不仅耐候性、耐久性以及耐电压性优异，而且水分阻挡特性以及气体阻挡特性也优异。尤其，能够实现在需要1g/m2day以下的透湿度的水上太阳能电池模块中的应用，由此能够有效确保该模块的稳定性。
水上太阳能电池模块用背板的制造方法
本发明的水上太阳能电池模块用背板的制造方法可以通过进行下面的工序来制造。
对第一聚酯膜进行电晕处理，并在其至少一面上形成阻挡层。
上述第一聚酯膜可以是与上述的第一聚酯膜相同的膜。
上述阻挡层可以通过在上述第一聚酯膜的至少一面上将具有水分阻挡性及气体阻挡性的无机物通过沉积工序沉积、或者通过涂布工序涂覆后进行干燥来形成。在示例性的实施方式中，上述阻挡层可以通过沉积工序形成。在上述阻挡层通过沉积工序形成的情况下，能够比通过涂布工序形成时具有更加均匀的厚度、更加均匀的组成以及更加平整的表面。其结果，能够对水上太阳能电池模块用背板提供足够程度的水分阻挡特性(1g/m2day以下的透湿度)以及气体阻挡特性。上述沉积工序可以包括例如化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)工序，原子层沉积(ALD：atomic layer deposition)工序，以及像真空沉积、蒸发法(evaporation)、离子镀(ion plating)、溅射(sputtering)等这样的物理气相沉积(PVD：PhysicalVaporDeposition)工序。
在示例性的实施方式中，上述阻挡层可以以约5nm至约500nm的厚度形成。在一实施方式中，上述阻挡层可以以约10nm至约200nm的厚度形成。
使在至少一面上具有上述阻挡层的上述第一聚酯膜与氟系膜粘接。此时，在示例性的实施方式中，上述阻挡层能够与上述氟系膜与直接粘接。或者与此不同地，未形成上述阻挡层的上述第一聚酯膜的部分可以与上述氟系膜与直接粘接。上述氟系膜可以是与上述的氟系膜相同的膜。
使第二聚酯膜以及聚乙烯系膜依次层叠于上述第一聚酯膜。
通过将包含聚酯树脂的第一组合物成型为膜状后，使其与上述第一聚酯膜热熔接或者利用粘接剂来贴合，由此能够层叠上述第二聚酯膜。在利用粘接剂的情况下，可以利用一种以上例如凹版涂布、微凹版涂布、旋涂、丝网印刷、刮刀式涂布(comma coating)、模涂(die coating)等涂布工序将粘接剂在上述第一聚酯膜或者上述第一聚酯膜上涂覆并进行干燥后，使上述第一聚酯膜与第二聚酯膜贴合。或者，可以与此不同地，通过将上述第一组合物涂覆在上述第一聚酯膜上并进行干燥，由此层叠上述第二聚酯膜。上述第二聚酯膜可以是与上述的第二聚酯膜相同的膜。
与此类似地，将包含聚乙烯系树脂的第二组合物使用例如挤出机、T模(T Die)挤出机、浇铸成型机、膨胀成型机等通过挤压工序、T模工序、浇铸成型工序、管状膜处理工序等成型为膜状后，使其与上述第二聚酯膜热熔接或者利用粘接剂来贴合，由此能够层叠上述聚乙烯系膜。在利用粘接剂的情况下，可以利用与上述相同或类似的涂布工序。或者，可以与此不同地，通过将上述第二组合物涂覆在上述第二聚酯膜上并进行干燥，由此层叠上述聚乙烯系膜。上述聚乙烯系膜可以是与上述的聚乙烯系膜相同的膜。
通过如上所述的工序制造的本发明的水上太阳能电池模块用背板不仅能够具有优异的耐候性、耐久性以及耐电压性，还能够具有较高的水分阻挡特性以及气体阻挡特性。
水上太阳能电池模块
图4是示出根据本发明的示例性的实施方式的水上太阳能电池模块的剖视图。
参照图4，本发明的水上太阳能电池模块500包括背板100、太阳能电池单元200、密封层300以及透明部件400。水上太阳能电池模块500可以具有例如约1g/m2day以下的透湿度。
在示例性的实施方式中，可以具备电连接的多个太阳能电池单元200。太阳能电池单元200可以内置于密封层300而固定，能够使太阳能电池单元200免受水分、空气等影响。
密封层300可以由与透明部件400直接接触并包围太阳能电池单元200的上部的上部密封层310、以及与背板100直接接触并包围太阳能电池单元200的下部的下部密封层320构成。在示例性的实施方式中，上部及下部密封层310、320可以包括实质上相同的成分并具有相同的组成。由此，上部及下部密封层310、320可以在至少部分合并。上部及下部密封层310、320可以包括例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。
背板100可以是与上述背板相同的背板。即，背板100作为水上太阳能电池模块用背板，可以包括依次层叠的氟系膜10、在至少一面上具有阻挡层25的第一聚酯膜20、第二聚酯膜30、以及聚乙烯系膜40。背板100位于密封层300下部，并可以与密封层300直接粘接。此时，背板100的聚乙烯系膜40可以与密封层300热熔接。由于聚乙烯系膜40与密封层300包含乙烯作为同质的单体，所以它们之间的粘接力会非常高。因此，背板100与密封层300不会至少部分分离或剥离。
背板100不仅耐候性、耐久性以及耐电压性优异，而且还具有高的水分阻挡特性以及气体阻挡特性，因此能够有效隔绝水分、空气等。另外，由于具有反射性能，能够使入射于水上太阳能电池模块500的太阳光反射至太阳能电池单元200而增加太阳能电池单元200的接收光量(入射的光量)。由此，能够提高水上太阳能电池模块500的光转换效率。
透明部件400位于密封层300上部，并能够与密封层300直接粘接。透明部件400例如可以是强化玻璃，以利于太阳能电池单元200的保护以及光的入射。
通过以下的实施例对本发明进行更详细说明。但实施例是为了例示本发明的，并非仅由实施例来限定本发明的范围。
[实施例1]
使经电晕处理的12μm厚度的第一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜位于沉积腔室内，供给氩与氧的混合气体并利用硅氧化物(SiOx)来进行溅射工序。其结果，在经电晕处理的12μm厚度的第一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜的一面上以50nm厚度形成包含硅氧化物(SiOx)的阻挡层。之后，在188μm厚度的第二聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜的一面上涂覆粘接剂，使其向干燥腔室区域(Dry Chamber Zone)移动而对粘接剂所含有的溶剂进行干燥后，将100μm厚度的含有二氧化钛的白色聚乙烯(W-PE)膜在粘接面上层叠并贴合。使用与上述相同的粘接工序，在未层叠上述白色聚乙烯(W-PE)膜的上述第二聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜的另一面上涂覆粘接剂并进行干燥后，在相应粘接面上层叠具有上述阻挡层的上述第一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜并贴合。另外，使用与上述相同的粘接工序，使25μm厚度的聚偏氟乙烯(PVDF)膜与上述第一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜贴合。其结果，制成了由总共4层结构构成的水上太阳能电池模块用背板。
[比较例1]
除了使具有阻挡层的第一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜层叠之外，进行了与实施例1相同的工序。其结果，制成了由总共3层结构构成的水上太阳能电池模块用背板。
[比较例2]
使对苯二甲酸(TPA)与乙二醇(EG)进行酯化反应后进行聚合，从而制造聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片(Chip)树脂并将使该树脂熔融。之后，向具有一定宽度的模具(Die)排出而制成片材形状，进行2轴拉伸工序而形成了50μm厚度的含有二氧化钛的白色聚对苯二甲酸乙二醇酯(W-PET)膜。在所形成的上述白色聚对苯二甲酸乙二醇酯(W-PET)膜上进行与实施例1中的上述工序相同的粘接工序，从而使188μm厚度的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜层叠并贴合。另外，在188μm厚度的上述聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上进行与实施例1中的相同的粘接工序，从而使100μm厚度的含有二氧化钛的白色聚酯(W-PE)膜层叠并贴合。其结果，制成了由总共3层结构构成的水上太阳能电池模块用背板。
水上太阳能电池模块用背板的水分阻挡特性评价
为了对水上太阳能电池模块用背板的水分阻挡特性进行评价，对根据实施例1以及比较例1～2的水上太阳能电池模块用背板的透湿度进行了测定。此时，通过透湿度测定机对利用切割机(cutter bar)而切断成15mm×15mm(纵×横)大小的各背板试片进行了测定。其结果如表1所示。
[表1]
比较例1 比较例2 实施例1
总厚度(μm) 330 355 345
透湿度(g/m2day) 1.70 1.53 0.30
参照表1，可以确认出虽然根据比较例1以及2的水上太阳能电池模块用背板具有平均1.6g/m2day的高的透湿度，但根据实施例1的水上太阳能电池模块用背板具有0.5g/m2day以下的非常低的透湿度。由此可知，根据本发明的水上太阳能电池模块用背板具有非常优异的水分阻挡特性，尤其能够实现对需要1g/m2day以下的透湿度的水上太阳能电池模块中的应用。
水上太阳能电池模块用背板的物性评价
为了对水上太阳能电池模块用背板的物性进行评价，对根据实施例1以及比较例1～2的水上太阳能电池模块用背板的局部放电电压、尺寸稳定性、层间粘接力进行了测定。
此时，为了测定尺寸稳定性，对利用切割机(cutter bar)切断成120mm×60mm(纵×横)大小的各背板试片在横向上表示距起始点100mm的地点。之后，将各背板试片放入烘箱中而在150℃的温度下放置30分钟后取出，测定从起始点到被表示的地点为止的长度之后，按照下述[数学式1]计算耐热尺寸稳定性。
[数学式1]
耐热尺寸稳定性(％)＝(t-t0)/t×100
(在上述数学式1中，t是初始尺寸，t0是热处理后的尺寸。)
为了测定层间粘接力，将试样大小15mm的条(bar)放在根据实施例1以及比较例1～2的水上太阳能电池模块用背板并沿MD方向切成15cm的长度后，将各背板试片的层叠的膜间粘接面剥离并利用抗拉强度机(UTM机)对剥离的膜分别进行了左·中·右各3次测定。
为了对局部放电电压进行测定，在各背板中，对由电压应力引起的背板的劣化进行时的电压进行了测定。
其结果如表2所示。
[表2]
参照表2，可以确认出根据实施例1的水上太阳能电池模块用背板不仅局部放电电压以及尺寸稳定性优异，而且还具有比根据比较例1以及2的水上太阳能电池模块用背板更高的层间粘接力。由此可知，本发明的水上太阳能电池模块用背板具有优异的物性。
水上太阳能电池模块用背板的耐候性评价
为了对水上太阳能电池模块用背板的耐候性进行评价，将根据实施例1以及比较例1～2的水上太阳能电池模块用背板在120℃的温度、100％的相对湿度以及2atm的压力条件下，在PCT腔室内放置48小时、60小时、96小时之后，对抗拉强度以及伸长率进行了测定。其结果如表3所示。
[表3]
参照表3，可以确认出不同于根据比较例1～2的水上太阳能电池模块用背板，根据实施例1的水上太阳能电池模块用背板的抗拉强度以及伸长率的变化幅度小，在经过96小时后还具有良好的抗拉强度以及伸长率。由此可知，本发明的水上太阳能电池模块用背板具有优异的耐候性。

Claims (11)

1.一种水上太阳能电池模块用背板，其特征在于，
所述水上太阳能电池模块用背板包括依次层叠的氟系膜、第一聚酯膜、第二聚酯膜、以及聚乙烯系膜，
所述第一聚酯膜至少在一面上具有阻挡层。
2.根据权利要求1所述的水上太阳能电池模块用背板，其特征在于，所述阻挡层包括具有水分阻挡性及气体阻挡性的一种以上无机物。
3.根据权利要求2所述的水上太阳能电池模块用背板，其特征在于，所述无机物是硅(Si)、铝(Al)、镁(Mg)、锌(Zn)、锡(Sn)、镍(Ni)、钛(Ti)或钽(Ta)，或者这些的氧化物、碳化物、氧氮化物或氮化物。
4.根据权利要求1所述的水上太阳能电池模块用背板，其特征在于，所述阻挡层具有5nm～500nm的厚度。
5.根据权利要求1所述的水上太阳能电池模块用背板，其特征在于，所述阻挡层是在所述第一聚酯膜的至少一面上沉积的沉积层。
6.根据权利要求1所述的水上太阳能电池模块用背板，其特征在于，所述第一聚酯膜是经电晕处理的膜。
7.根据权利要求1所述的水上太阳能电池模块用背板，其特征在于，所述第一聚酯膜具有大于7μm且小于100μm的厚度。
8.根据权利要求1所述的水上太阳能电池模块用背板，其特征在于，所述聚乙烯系膜包括一种以上白色无机物，
所述白色无机物是二氧化钛(TiO2)、氧化钙(CaO)或者氧化镁(MgO)。
9.根据权利要求1所述的水上太阳能电池模块用背板，其特征在于，所述水上太阳能电池模块用背板具有1g/m2day以下的透湿度。
10.一种水上太阳能电池模块，其中，包括权利要求1～9中任一项所述的背板。
11.根据权利要求9所述的水上太阳能电池模块，其特征在于，
所述水上太阳能电池模块还包括内置有太阳能电池单元的密封层，
所述密封层与所述背板的聚乙烯系膜粘接。
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